單質

單質

單質是由同種元素組成的純淨物。單質的性質與其元素的性質密切相關。單(element)一定是純淨物,由同一種元素組成的純淨物是單質,比如銅(Cu),鐵(Fe),氮氣(N2),氫氣(H2),氧氣(O2)等。單質必須是由一種元素組成的純淨物,混合物不可能是單質。元素在單質中存在時稱為元素的游離態。

基本信息

釋義

單質(elementary substance)是由同種元素組成的純淨物。元素在單質中存在時稱為元素的游離態。一般來說,單質的性質與其元素的性質密切相關。比如,很多金屬的金屬性都很明顯,那么它們的單質還原性就很強。不同種類元素的單質,其性質差異在結構上反映得最為突出。與單質相對,由多種元素組成的物質叫做化合物

內容

正確表達:
首先,單質(element)一定是純淨物,純淨物是由一種物質構成的,比如銅,鐵等
其次,單質分為單原子分子、雙原子分子、多原子分子。單質是由一種元素組成的,銅和鐵是單質,但碳酸鈣不是,因為碳酸鈣由C,Ca,O三種元素構成,所以它不是單質,它是化合物,化合物也是純淨物。
再次,同一種元素可以有不同種結合方式(即同素異形體),比如C,它可以構成是石墨,金剛石等,如果把他們混在一起,不能說是純淨物,只能是同一種元素構成的混合物
所以說,單質是同種元素構成的純淨物。
錯誤表達:
1.同種元素構成的是單質
2.純淨物是單質
3.只有一種元素的是純淨物
正確的:
*單質的化合價永遠為零
單質,化合物,純淨物,混合物的區別和聯繫:
要明確單質和化合物是從元素角度引出的兩個概念,即由同種元素組成的純淨物叫做單質,由不同種元素組成的純淨物叫做化合物。無論是在單質還是化合物中,只要是具有相同核電荷數的一類原子,都可以稱為某元素。
三者的主要區別是:元素是組成物質的成分,而單質和化合物是指元素的兩種存在形式,是具體的物質。元素可以組成單質和化合物,而單質不能組成化合物。

各種單質的結構差異

金屬
固態金屬以金屬鍵結合成金屬晶體。為了保證晶體的穩定,原子採取密堆積形式。由於晶體內部有游離電子,所以金屬都導電,而且比較容易失去電子。
非金屬和惰性氣體

非金屬單質一般以共價鍵結合成分子。常溫下,很多非金屬單質都以雙原子分子形式存在,如氫氣氧氣等。一些元素還可形成多原子的分子,如臭氧(O3)、足球烯(C60)等。

能形成原子晶體的單質在常溫下都是固態,而且較硬,如鑽石等。

惰性氣體的價電子層是滿的,所以它們不需要結合成分子以使自己更穩定,因此它們在常溫常壓下都是單原子分子的氣體。

上述物質中都沒有可自由移動的電子,因此它們都是電的不良導體。例外的是石墨,它具有特殊的層狀結構,質地鬆軟,且可以導電。

同素異形體

定義

同一種元素的不同種單質叫做同素異形體

注意事項

由於構成物質的原子(或分子)的排列不同,或原子的成鍵方式不同,使得同一種元素產生多種單質。各種同素異形體都是不同的物質,具有不同的物理性質,但化學性質不一定不同。

製取方法

物理分離法

物理分離法適用於分離提純那些以單質狀態存在,與其雜質在某些物理性質(如密度、沸點等)上有顯著差異的元素。例如,淘洗黃金是利用金密度大的性質將金提取出來;又如,氧氣、氮氣則是根據液氧、液氮沸點的不同將將液態空氣分餾而製得。

熱分解法

熱穩定性差的某些金屬化合物直接加熱即可分解為金屬單質。

還原法

使用還原劑製取單質的方法稱為還原法。一般根據生產規模、實驗要求、環境保護、安全因素、原料來源及價格等選用合適的還原劑。

電解法

活潑金屬和非金屬單質的製備,可採用電解法。例如,電解飽和NaCl水溶液製取氫氣和氯氣;電解金屬熔融鹽製備Li、Na、Mg、Al等金屬:

氧化法

使用氧化劑製取單質的方法稱為氧化法。例如,用空氣氧化法從黃鐵礦中提取硫,冷卻硫蒸氣可得到粉末狀的硫。也可以從天然氣中製取硫。

物理化學上的參照意義

在熱力學中,以每種元素最穩定的單質的標準生成焓和標準生成自由能為0,以此推算其他物質的熱力學量。由於組成物質的元素只有一種,一般單質的標準熵比化合物低。

單質的氧化數視作0。

單質和化合物的關係

共同點

單質和化合物都屬於純淨物。判斷物質是單質還是化合物,首先看物質是不是純淨物,只有屬於純淨物才有可能屬於單質或化合物。不能認為由同種元素組成的物質一定就是單質,也不能認為由不同種元素組成的物質一定是化合物。例如白磷紅磷,雖然都由磷元素組成,但它們不屬於一種物質,混合後屬於混合物,不屬於純淨物。又如空氣由多種元素組成,包括元素、元素、元素、元素、稀有氣體元素等,它屬於混合物,不屬於純淨物,更不是化合物。

區別

從概念上看,單質是由一種元素組成的純淨物,而化合物是由兩種或兩種以上的元素組成的純淨物;從微觀範圍看,單質由同種原子構成,化合物由不同種原子構成;從性質上看,單質不能發生分解反應,化合物可以發生分解反應

聯繫

單質和化合物雖然組成元素的種數不同,但它們可以相互轉化。單質可以和單質反應生成化合物,也可以和化合物反應生成另一種化合物。如鎂條在空氣中燃燒生成氧化鎂,其中氧氣屬於單質,氧化鎂屬於化合物;一氧化碳燃燒生成二氧化碳,其中一氧化碳和二氧化碳屬於化合物,氧氣屬於單質。化合物也可以通過分解反應生成單質,如過氧化氫分解,放出氧氣,同時生成。過氧化氫屬於化合物,氧氣屬於單質。
最後值得注意的是,組成單質的雖然是同一種元素,但是在單質分子中,有單原子分子(1個原子構成1個分子),如稀有氣體等;也有雙原子分子(2個原子構成1個分子),如氧氣、氮氣等;還有多原子分子(多個原子構成1個分子),如臭氧等。另外同種元素可以形成不同的單質,如白磷和紅磷,氧氣和臭氧等,他們互稱為同素異形體,它們在一定條件下能相互轉化,這種轉化屬於化學變化。

非金屬單質

氧化性

F2+H2===2HF
F2+Xe(過量)===XeF2
2F2(過量)+Xe===XeF4
nF2+2M===2MFn(表示大部分金屬)
2F2+2H2O===4HF+O2
2F2+2NaOH===2NaF+OF2+H2O
F2+2NaCl===2NaF+Cl2
F2+2NaBr===2NaF+Br2
F2+2NaI===2NaF+I2
F2+Cl2(等體積)===2ClF
3F2(過量)+Cl2===2ClF3
7F2(過量)+I2===2IF7
Cl2+H2===2HCl
3Cl2+2P===2PCl3
Cl2+PCl3===PCl5
Cl2+2Na===2NaCl
3Cl2+2Fe===2FeCl3
Cl2+2FeCl2===2FeCl3
Cl2+Cu===CuCl2
2Cl2+2NaBr===2NaCl+Br2
Cl2+2NaI===2NaCl+I2
5Cl2+I2+6H2O===2HIO3+10HCl
Cl2+Na2S===2NaCl+S
Cl2+H2S===2HCl+S
Cl2+SO2+2H2O===H2SO4+2HCl
Cl2+H2O2===2HCl+O2
2O2+3Fe===Fe3O4
O2+K===KO2
S+H2===H2S
2S+C===CS2
S+Fe===FeS
S+2Cu===Cu2S
3S+2Al===Al2S3
S+Zn===ZnS
N2+3H2===2NH3
N2+3Mg===Mg3N2
N2+3Ca===Ca3N2
N2+3Ba===Ba3N2
N2+6Na===2Na3N
N2+6K===2K3N
N2+6Rb===2Rb3N
P2+6H2===4PH3
P+3Na===Na3P
2P+3Zn===Zn3P2

還原性

S+O2===SO2
S+6HNO3(濃)===H2SO4+6NO2+2H2O
3S+4HNO3(稀)===3SO2+4NO+2H2O
N2+O2===2NO
4P+5O2===P4O10(常寫成P2O5)
2P+3X2===2PX3(X表示F2,Cl2,Br2)
PX3+X2===PX5
P4+20HNO3(濃)===4H3PO4+20NO2+4H2O
C+2F2===CF4
C+2Cl2===CCl4
2C+O2(少量)===2CO
C+O2(足量)===CO
C+CO2===2CO
C+H2O===CO+H2(生成水煤氣)
2C+SiO2===Si+2CO(製得粗矽)
Si(粗)+2Cl2===SiCl4
(SiCl4+2H2===Si(純)+4HCl)
Si(粉)+O2===SiO2
Si+C===SiC(金剛砂)
Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2

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